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串联式混合动力电动车电机驱动控制系统设计

串联式混合动力电动车电机驱动控制系统设计
串联式混合动力电动车电机驱动控制系统设计

串联式混合动力电动车电机驱动控制系统设计

蓝?宏?胡广艳?张立伟?叶?斌

北京交通大学(100044)

Design of Drive and Control System for Series Hybrid Electrical Vehicle

Lan Hong Hu Guangyan Zhang Liwei Ye Bin

Beijing Jiaotong University

摘 要:阐述串联式混合动力电动车的动力系统结构,提出了基于CAN总线通讯和T M S320 LF2407A为主控芯片的电机控制系统设计方案,详述了其软硬件设计。驱动系统台架试验运行表明,该系统能实现对电机的高性能控制以及与整车主控制单元进行安全可靠的CAN总线数据通信。

关键词:混合动力电动车串联式电气驱动系统Abstract: This paper illustrates the power system structure of series hybrid electrical vehicle, presents the design method of Motor ECU based on CAN bus with TMS320LF2407A as the core control chip. In this paper, the hardware design and the control strategy for the motor elec-trical control system are explained in detail. When working in the bench tests of the whole vehicle system, the system can function well for high performance control of motor, also well for safe and sound data communication with the host control unit via CAN bus.

Keywords: Hybrid electrical vehicle Series Electric drive system 足排放和燃油经济性要求,又能兼具纯电动汽车与燃油汽车优点的理想车型。

1 串联式HEV基本结构和原理分析

HEV的工作环境复杂多变,其电机驱动系统需要满足可靠性高、效率高、调速性能好、造价低等性能要求。根据发动机与电动机的不同组合工作方式,HEV分为3类:串联式、并联式和混联式。

串联式HEV由发动机驱动发电机,发出的电能由电动机驱动车轮。发动机-发电机作为一个电能供应系统,发动机不直接参与驱动。

在串联式HEV中,车辆的行驶仅靠电动机,要想获得与原来汽车同样的行驶性能,需要大功率的电动机、发电机及蓄电池。这种方式适合于不需要高速行驶的市内公共汽车等固定用途车辆上,图1是串联式HEV基本结构。

能源短缺和环境污染问题是当今汽车工业发展遇到的两大挑战。大量使用传统内燃机技术发展汽车工业给我国的能源安全和环境保护造成巨大的压力。纯电动汽车能有效地解决传统燃油汽车带来的能源环境方面问题,但它也有低电池能量密度、昂贵的电池组、有限的续驶里程和循环寿命等缺点,这使得纯电动汽车强烈依赖先进电池

的发展。

目前,纯电动汽车储能单元的发展没有达到预期目标,这为混合动力电动汽车(HEV)的发展提供了契机。HEV已成为有利于市场化的既能满

图1

混合动力电动汽车基本结构(串联式)2 串联HEV电气驱动系统设计

本文设计一套实验室自主研制的混合动力异

步电机驱动系统,来驱动中型客车。客车性能参数如下: 尺寸长*宽*高:6915*2000*2550mm 乘员人数:25人 整备质量:4200kg 总质量:6000kg 额定车速:60km/h 最高车速:

80km/h 0-50km/h 加速时间不超过25s

所应用的客车主要依靠动力电池组作为驱动

能源,选取较小功率的转子发动机发电机组来补充电能。整车电气系统整体框图见图2,其中,电气驱动系统是HEV 设计的核心,包括电机选取与控制器设计两部分。

助电源设计。

控制器主回路采用图3所示的三相逆变全桥,开关器件选用了1200V/600A 的快速开断IGBT ,IGBT 型号是SK M 600GB126D ,根据直流侧电压336V ,支撑电容选取450V/3300uF 。

IGBT 开关频率的选取应考虑以下两个方面:

开关频率高,可以减小电磁噪声、降低谐波含量,减少滤波器;开关频率越高,器件开关通断损耗越大,必然导致功率变换器效率降低,需要的冷却功率就越大。综合考虑,IGBT 工作开关频率定为10kHz 。

吸收回路的作用是降低开关器件关断时的电压尖峰,降低开关损耗,减小续流二极管产生的浪涌电压。根据逆变器容量,图4是吸收回路设计,吸收电容选取1200V/1.5uF ,和支撑电容一起并联在直流输入侧。

图2

整车电气系统总体结构图

图4

吸收回路设计

2.1 电动机

目前,采用矢量控制的感应电动机因其结构简单坚固、控制性能好、调速范围宽等优点被广泛应用在混合动力电动车上。本系统采用的是50kW 三相鼠笼型感应电动机,电机参数如下: 额定功率:50kW 额定频率:200Hz 额定电压:240V 额定电流:167A 额定转矩:160Nm 联结方式:Y 额定转速:3000r/min 最高转速:

6000r/min 2.2 控制器硬件

硬件设计主要包括控制器主回路设计、吸收

回路设计、IGBT 驱动电路设计、控制电路设计、辅

图3 逆变器主回路示意图

U IGBT 驱动电路设计采用驱动模块M 57962L ,

该驱动模块结构简单,经试验验证它能满足驱动SK M 600GB126D 的要求。

电机控制单元硬件系统采用的主控制芯片是TI 公司的T M S320LF2407A DSP ,其指令执行速度是40M IPS ,非常适合电机的实时控制。

T M S320LF2407A 内置16路10位A/D 转换器用于电气驱动系统中传感器测量信号和其它控制信号的输入,如系统电压、电流、IGBT 温度、导热油温度、加速信号、刹车信号等数据采集。而司

机操作信号(如前进、倒车、空档、停车等)和系统状态监控报警信号可以通过该主控芯片的数字I/O端口送入。控制逆变器开关器件工作状态的6路PW M信号由它的事件管理器模块(EVA)的三个比较单元产生。事件管理器模块(EVA)有一个正交编码脉冲电路(QEP),用于连接可提供正交编码脉冲的位置传感器采用旋转变压器TS2620N21E11来检测感应电动机转子的位置信号,通过对脉冲的解码和计数以获得电机转子位置和速率等信号。

辅助电源采用若干DC-DC电源模块。输入电压取自车载控制电24V,输出15V用于驱动电路,±15V用于检测及模拟回路,5V用在接口电路中,3.3V用于CPU供电。

2.3 控制器软件

本设计电机控制单元的控制算法采用基于转子磁场定向矢量控制方法,通过磁场定向和坐标变换在同步坐标系下将电机定子电流分解为相互垂直的转矩分量i sd和励磁分量i sq,来消除耦合关系,按线性系统理论分别设计转速与磁链调节器(一般采用PI调节器),具体控制软件逻辑框图见图5。克服了集中控制的缺点,各部分执行机构可相互实时传送、接收数据和命令,分布式控制在系统的处理能力和安全性方面明显优于集中控制。而且CAN总线具有实时性强、可靠性高、结构简单、互操作性好、价格低廉等优点,克服了传统工业总线的缺陷;在硬件上可以减少布线,易于系统扩展或改型,在软件上通信更加灵活、实时性更好、纠错能力更强。基于以上原因,本设计采用了基于CAN总线的分布式交流电机全数字矢量控制系统。

3.1 通讯模块协议设计

针对混合动力电动车的特点,设计了CA N总线应用层协议,对网络信息进行了分类及合理的优先权分配,在CAN2.0B的基础上重新定义了ID 场,实现了广播式和点对点的通讯。

HEV主要控制部件由上位控制器(HCU),发动机控制器(ECU)、电机控制器、电池管理系统(B M S)、无级变速箱和刹车防抱死系统(ABS)组成,见图6。

3 电机控制CAN通讯设计

传统HEV采用集中控制的方式,车辆各部分执行机构只能通过主控制器相互传送、接收数据和命令,这样导致了集中控制系统的可靠性差、运行效率低、可扩展性差等缺点。

基于CA N总线的分布式电动汽车控制系统

HCU接收其它控制部件的工作参数,据此计算出各部件当前工作模式和目标工作参数。将这些参数打包成控制命令发送给各部件。各部件根据接收到的工作模式和目标参数,控制进入指定模式并实现该目标参数。各部件除了给HCU提供工作参数外,它们之间也通过CAN总线实现数据共享。因此,HC U失效后,其它部件工作不受影响。

3.2 通讯模块软件设计

CAN通信软件分为三个部分:CAN初始化、数据发送和数据接收。CAN初始化设置CAN的通信参数。数据发送将数据存储区中待发送的数据取出,组成信息帧,并将电机控制器的站点I D地址填入帧头,然后将信息帧发送到CAN模块的发

图6 混合动力汽车CAN

网络

图5 磁场定向矢量控制算法原理图

送缓冲区。接收到控制器的发送请求后,立即起动发送命令。CAN采用定时发送,每10ms发送一次,接收信息采用CAN自带的接收中断功能,CAN总线传输速率采用500kHz。

4 实验结果及分析

基于以上设计进行了电机驱动系统试验,按照一定的测试规范给电机加载。实验平台采用直流电源柜-电机控制器-三相异步电机-测功机的连接方式,见图7。U d c和f的值,记录对应的电压值(励磁电流在程序中设定为28A,因此改变U d c和f不会改变电流值),将电压和频率的关系绘成如图10。

电源柜的直流电压输出经电机控制器逆变为可控的三相变频变压交流电,从而驱动电机。电机的输出轴连到测功机,通过测功机完成机械功率的吸收。使用PZ4000型功率分析仪,测量电机三相电流i a、i b、i c(见图8),直流侧母线电流i dc,电机定子三相电压u ac、u bc、u ab(见图9),直流侧母线电压U dc。实验结果显示电动机运行稳定,定子电流正弦波形良好无畸变,说明控制方案正确可行。

运行V V VF开环程序控制逆变器输出,改变

图10 U-f关系图(U dc=200V,I=28A)

20

40

60

80

100

120

140

f/Hz

U

/

V

图9 逆变器输出线电压波形

8 电机定子电流波形

7

试验台架线路图

由图10可知,当U d c和励磁电流一定时,在基

频200Hz以下,U和f呈线性关系,证明矢量分解良

好。

设交流端功率为P A,直流端功率为P B,逆变

器的损耗为P B和P A的差。在f=200Hz额定频率点,

由功率分析仪得到P A=440W,P B=724W,此时逆变

器的损耗为284W。由于损耗和定子电流基本成正

比,所以当电流达到额定值167A时,电机控制器的

损耗大致为:

×284=1693W (1)

50kW电机控制器效率为

(2)

5 结论

针对具体车型设计了电机驱动系统,采用先

进的功率电子技术、工艺和基于CAN总线与DSP

MC33035在直流无刷电机控制中的应用

孙欢庆?李桥梁

南京航空航天大学(210016)

Application of MC33035 to Control DC Blushless Motors

Sun Huanqing Li Qiaoliang

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

摘 要:介绍了直流无刷电机和M C33035的芯片基本原理,并着重介绍了以专用控制芯片M C33035、M C 33039为核心构成的家用传动装置中永磁直流无刷电机控制器的设计,实现了以霍尔元件为速度反馈电路的双闭环无级调速系统驱动。

Abstract: The basic theory of the DC brushless motor and MC33035 chip are introduced. Especially,it focuses on the design of control of electric appliance composed by the DC brushless motor,MC33035 and MC33039 chip,both of which form the double-loop step less speed regulation sys-tem employing the Hall elements.组成的系统所需外围电路简单,抗干扰能力强,特别适用于工作环境恶劣,对控制器体积,价格性能比要求较高的场合。

1 无刷电机的基本原理

直流无刷电机在原理上是一种介于交流和直流电机之间的电机。这种电机的定子绕组与交流同步和异步电机的定子绕组是相同的。但是,它与交流电机的区别在于它的励磁电压是单一直流电压,它是把直流电压通过电机内部设置的霍尔位置传感器转换成相位互差120°角的直流脉冲,对各相绕组交替励磁,进而在电机的定子铁心的内部形成一个步进式的旋转磁场,驱动永磁转子同步运行。所以这种电机在结构上与永磁交流同步电机几乎相同,只不过多了一个霍尔位置传感器。无刷电机既然是使用直流电源,它与直流电机最大的区别是:它没有直流电机所必需的电刷和整流子组成的换向装置,它只有装在电机转轴上的霍尔位置传感器。根据电机转子磁极与定子绕组

近年来,随着石油能源的日趋紧张以及人们环保意识的增强,电动助力车越来越受欢迎。永磁直流无刷电机是近年来迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机,既具有交流伺服电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点,又具备直流伺服电机那样良好的调速特性而无机械式换向器,现已广泛应用于各种调速驱动场合。M OTOROLA 第二代电机控制专用芯片的出现,给永磁直流无刷电机调速装置的设计带来了极大的便利。这些芯片控制功能强,保护功能完善,工作性能稳定,

的全数字矢量控制方案。并利用T M S320LF2407A 的内嵌CAN模块设计了与整车其它部分的通讯。在整车台架试验中,试验数据和波形验证了硬件电路和软件控制算法的正确性。

参考文献

1 李永东.交流电机数字控制系统.机械工业出版社,2002.

2 陈伯时.电力拖动自动控制系统.机械工业出版社,2000.6.

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5 李耀海,胡广艳,郝瑞翔,叶斌.基于CAN总线的串联式混合动力电动车电机控制单元.电气时代.2006.2.

6 张立伟,胡广艳,游小杰,郑琼林.混合动力电动汽车中电力电子技术应用综述.电力电子.2006.4.

(收稿日期:2006-08-30)作者简介:蓝宏,1982年生,男,硕士研究生,研究方向:电机和电器。

纯电动汽车整车控制器的设计

纯电动汽车整车控制器的设计 摘要:随着社会的发展与科技的进步,各个城市的汽车使用户喷井式增加。传 统的内燃机汽车消耗石油,排出大量废气,使得城市的空气质量不断下降。纯电 动汽车由于不使用传统化石能源,对环境不造成污染,受到人们的青睐。随着科 技的进步,电动汽车的核心技术不断地革新与突破,逐渐完善的城市基础设施提 供了有利的帮助,电动汽车已经成为潜力股,逐步取代传统汽车变为可能。本文 从汽车结构出发,结合整车信息传输过程,设计了整车控制器的软硬件结构。 关键词:纯电动汽车;整车控制器;硬件设计;软件设计 纯电动汽车作为新能源汽车的一种,以其清洁无污染、驱动能源多样化、能 量效率高等优点成为现代汽车的发展趋势。整车控制器(vehicle control unit,VCU)作为纯电动汽车整车控制系统的中心枢纽,主要实现数据采集和处理、控 制信息传递、整车能量管理、上下电控制、车辆部件控制和错误诊断及处理、车 辆安全监控等功能。国外在纯电动汽车整车控制器的产品开发中,积极推行整车 控制系统架构的标准化和统一化,汽车零部件厂商提供硬件电路和底层驱动软件,整车厂只需要开发核心应用软件,有利的推动了整车行业的快速发展。虽然国内 各大汽车厂商基本掌握了整车控制器的设计方案,开发技术进步明显,但是对核 心电子元器件、开发环境的严重依赖,所以导致了整车控制器的国产化水平较低。本文以复合电源纯电动汽车作为研究对象,针对电动汽车应有的结构和特性,对 整车控制器的设计和开发展开研究。 一、整车控制系统分析与设计 (一)整车控制系统分析 复合电源纯电动汽车整车控制系统主要由整车控制器、能量管理系统、整车 通信网络以及车载信息显示系统等组成。首先纯电动汽车整车控制器通过采集启动、踏板等传感器信号以及与电机控制器、能量管理系统等进行实时的信息交互,获取整车的实时数据,然后整车控制器通过所有当前数据对驾驶员意图和车辆行 驶状态进行判断,从而进入不同的工况与运行模式,对电机控制系统或制动系统 发出操控命令,并接受各子控制器做出的反馈。 保障纯电动汽车安全可靠运行,并对各个子控制器进行控制管理的整车控制器,属于纯电动汽车整车控制系统的核心设备。整车控制器实时地接收传感器传 输的数据和驾驶操作指令,依照给定的控制策略做出工况与模式的判断,实现实 时监控车辆运行状态及参数或者控制车辆的上下电,以整车控制器为中心通信节 点的整车通信网络,实现了数据快速、可靠的传递。 (二)整车控制系统设计 复合电源的结构设计,选择了超级电容与DC/DC串联的结构,双向DC/DC跟 踪动力电池电压来调整超级电容电压,使两者电压相匹配。为了车辆驾驶运行安全,同时为了更好地使超级电容吸收纯电动汽车的再生制动能量,在复合电源系 统中动力电池与一组由IGBT组成双向可控开关,防止了纯电动汽车处于再生制动状态时,动力电池继续供电,降低再生制动能量的吸收效率。 整车CAN通信网络设计,由整车控制器(VCU)、电机控制器(motor control unit,MCU)、电池管理系统(battery management system,BMS)、双向DC/DC控制器以及汽车组合仪表等控制单元(Electronic Control Unit,ECU)组成 了复合电源纯电动汽车的整车通信网络。 二、整车控制器硬件设计及软件设计

电动汽车驱动电机类型种类和结构原理图

电动汽车驱动电机类型种类和结构原理图 随着电动汽车行业的发展,各大汽车厂商纷纷开发了自家的电动车型。在雨后春笋般的的电动汽车市场,大家在看车的时候,厂商均推出了各自车型应用的电机。到底不同的电机有什么差别,下面本文就来讲讲新能源汽车电机的基础知识,介绍各种电机在电动汽车应用特点。 一、什么是电机? 所谓电机,就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时,电机表现出电动机的工作特性;当机械能被转换成电能时,电机表现出发电机的工作特性。大部分电动汽车在刹车制动的状态下,机械能将被转化成电能,通过发电机来给电池回馈充电。

二、电动汽车应用驱动电机特点 基于电动汽车的特点,对所采用的电机也有较高的要求。为了提升最高时速,电机应有较高的瞬时功率和功率密度(W/kg);为了增加1次充电行驶距离,电机应有较高的效率;而且电动汽车是变速工作的,所以电机应有较高的高低速综合效率;此外有很强的过载能力、大的启动转矩、转矩响应要快。电动车起动和爬坡时速度较低,但要求力矩较大;正常运行时需要的力矩较小,而速度很高。低速时为恒转矩特性,高速时为恒功率特性,且电动机的运行速度范围应该较宽。另外,电机还应具备坚固、可靠,有一定的防尘防水能力,且成本不能过高。 目前,从现已成熟的电机技术来看,开关磁阻电机在各个技术特性方面似乎很符合电动车的使用需要,但尚未得到广泛应用;而现今永磁同步电机在电动汽车行业应用较广泛;现在较为知名的特斯拉Model系列均采用异步电机。此外,如果按电流类型划分还可分为直流电机和交流电机两种。下面根据转速、功率密度、体积等多方面特性参数对比来了解4种较为典型的驱动电机特点。

电动汽车控制系统设计设计

电动汽车控制系统设计设计

摘要 在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战的情况下,发展电动汽车,利用无污染的绿色能源,实现汽车能源动力系统的电气化,推动传统汽车产业的战略转型,在国际上已经形成了广泛共识。 本课题以电动汽车他励电机控制器为例,以实现电动汽车的加、减速,起、制动等基本功能以及一些特殊情况下的处理。以开发出高可靠性、高性能指标、低成本并且具有自主知识产权的电动汽车电机驱动控制系统为目的。主要包括硬件电路板的设计,以及驱动系统的软件部分的仿真调试。 在驱动系统硬件设计中,这里主控制芯片采用ATMEL公司的ATmega64芯片。功率模块采用多MOSFET并联的方 37

式,有效的节约了成本。电源模块采用基于UC3842的开关电源电路。选用IR 公司的IR2110作为驱动芯片,高端输出驱动电流可到1.9A,低端输出驱动电流可到2.3A,能够提供7个MOSFET并联时驱动电流。对于电流检测模块,本文没有采用电流传感器或者是康铜丝,而是采用了一种基于MOSFET管压降的电流检测电路,这种方式即节约了成本也保证了检测精度。 驱动系统的软件设计中,主要实现的功能为:开关量的检测处理,故障检测,串口通讯,励磁、电枢控制,报警功能等。针对他励电机电动汽车的控制特性,提出了节能控制算法和最大转矩控制算法,用于提高电动汽车的续航里程和加速性能。 他励直流电动机驱动系统能够很 37

好的运行在电动汽车上,性能可靠、结构简 单,并且节约了成本,使电动汽车的性价比大大提高,有利于电动汽车的普及。 关键词:电动汽车,ATmega64,他励直流电机,PID模糊控制 37

电动自行车驱动控制系统设计说明

目录 1、概述 (1) 1.1 电动自行车驱动控制系统设计的意义 (1) 1.2 研究现状综述 (1) 1.3 研究方法 (2) 1.3.1直流电机调速原理 (2) 1.3.2直流调速系统实现方式 (3) 2、系统总体方案论证 (4) 2.1 系统方案比较与选择 (4) 2.2 系统方案描述 (4) 3、硬件电路的模块设计 (5) 3.1控制电路设计 (5) 3.2信号处理电路设计 (6) 3.3驱动电路方案及参数描述 (7) 3.3.1 IR2110驱动电路中IGBT抗干扰设计 (8) 3.3.2 IR2110功率驱动介绍 (9) 3.3.3 H桥驱动电路原理 (10) 3.4 稳压电源设计 (10) 3.5 光电测速电路 (11) 4、系统软件设计 (12) 4.1电动机驱动和速度控制程序设计 (13) 4.2PWM调速与测速程序设计 (15) 4.2.1 PCA捕获模式 (15) 4.2.2 PCA脉宽调节模式 (16) 4.2.3 PWM调制信号接收模块 (17) 5.系统调试 (19) 6、结束语 (20) 参考文献 (21) 致 (22) 附录1 原理图 (23) 附录2 PCB图 (24) 附录3 程序清单 (25) 1、定时器程序 (25) 2、延时程序 (26) 3、LCD显示程序 (26) 4、PWM程序 (30) 5、电动机调速程序 (32) 6、主程序 (35)

电动自行车驱动控制系统设计 1、概 述 1.1 研究现状综述 20世纪70年代以来,直流电机传动经历了重大的技术、装备变革。整流器的更新换代,以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进[1]。同时,高集成化、小型化、高可靠性及低成本成为控制的电路的发展方向。使直流调速系统的性能指标大幅提高,应用围不断扩大。直流调速技术不断发展,走向成熟化、完善化、系列化、标准化,在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代[1]。 早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成,由于模拟器件有其固有的缺点,如存在温漂、零漂电压,构成系统的器件较多,使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低[2]。随着计算机控制技术的发展,微处理器已经广泛使用于直流传动系统,实现了全数字化控制。由于微处理器以数字信号工作,控制手段灵活方便,抗干扰能力强。所以,全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。直流传动控制采用微处理器实现全数字化,使直流调速系统进入一个崭新的阶段。采用微处理器控制,使整个调速系统的数字化程度,智能化程度有很大改观;采用微处理器控制,使调速系统在结构上简单化,可靠性提高,操作维护变得简捷,电机稳态运行时转速精度等方面达到较高水平。 现阶段,我国还没有自主的全数字化直流调速控制装置生产商,而国外先进的控制器价格昂贵,且技术转让受限,为此研究及更好的使用国外先进的控制器,吸收国外先进的数字化直流电机调速装置的优点,具有重要的实际意义和重大的经济价值。 1.2 研究方法 1.2.1直流电机调速原理 直流电动机根据励磁方式不同,直流电动机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速有以下公式: T C C R C U n c r c φ φ内-= 其中:U —电压;R —励磁绕组本身的电阻;f —每极磁通(Wb);Cc —电势常数;Cr —转矩常量[3]。由上式可知,直流电机的速度控制既可采用电枢控制法,也可采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通,其控制功率虽然较小,但低速时受到磁极饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制[4],而且由

电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势

电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势 中国汽车技术研究中心窦汝振李磊宋建锋 摘要:介绍了我国电动汽车用驱动电机系统的研发现状,以及车用系统与普通工业用系统间的差异,指出了发展趋势。 1 引言 我国汽车工业的发展面临着来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展要求的多重挑战。随着近几年汽车保有量的快速增加,汽车能源消耗增长呈现加速趋势,进一步加剧了我国石油供需矛盾。在当前石油资源日益紧张,价格不断攀升的国际形势下,发展电动汽车特别是混合动力汽车是缓解我国石油资源短缺现状的有效途径,也是增强我国汽车工业核心竞争力的重大战略举措。 经过“八五”、“九五”规划的实施,特别是“十五”国家863电动汽车重大专项,我国已实现了官、产、学、研的资源整合,具有了电动汽车用驱动电机系统自主研发能力。在国家“三纵三横”总体布局中(如附图所示),驱动电机及其控制系统被列为“三横”中的共性技术之一。 附图国家“十五”电动汽车重大专项布局示意 2 电动汽车用驱动电机系统的特点及分类 电动汽车对驱动电机系统的要求至少包括: (1)基速以下输出大转矩,以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况; (2)基速以上为恒功率运行,以适应最高车速、超车等要求; (3)全转速运行范围内的效率最优化,以提高车辆的续驶里程; (4)结构坚固、体积小、重量轻、良好的环境适应性和高可靠性; (5)低成本及大批量生产能力。 电动汽车最早采用了直流电机系统,特点是成本低、控制简单,但重量大,需要定期维护。随电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的发展,包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统体现出比直流电机系统更加优越的性能,目前已逐步取代了直流电机控制系统。特别是借助于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步,用于驱动的永磁同步电动机得到了飞速发展。 电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁、开关磁阻三大类型,其特点如表1所示。

纯电动汽车驱动电机应用概述

纯电动汽车驱动电机应用概述 郑金凤 胡冰乐 张翔 (福建农林大学机电工程学院,福建 福州 350002) 摘 要:介绍了目前纯电动汽车的发展状况,叙述了纯电动汽车驱动电机不同类型的特点及相关的控制方法。还介绍了一些目前应用比较广泛的驱动电机控制方法的主要内容及其所解决的相关问题。 关键词:纯电动汽车 驱动电机 矢量控制 直接转矩控制 中图分类号:TP202 文献标识码:A Driving Motor for Electric Vehicles Application Overview Zheng Jinfeng Hu Bingle Zhang Xiang (College of Mechanical and Electronic Engineering,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China) Abstract: the current state of development of electric vehicles and features of the electric vehicles are described.Otherwise,driving motors and its control methods are narrated. Also major contents of some driving motor control methods applied extensively at present and its related issues are discussed. Key words:Electric vehicle,Drive motor,Vector control,Direct Torque Control 引言 由于环境保护越来越受消费者和政府的重视,以及能源价格的不断上涨,使得世界的汽车制造商都纷纷加大开新能源汽车开发力度。在去年金融危机的影响下,今年以来,由于全球大多主流的汽车市场纷纷出现衰退,尤其以美国和日本为代表的两大汽车市场出现了急剧下滑,使得美国和日本汽车厂家不得不加速原本保守的计划,从而重新刺激美国和日本等原有核心市场。而电动汽车以电能为能源,具有零排放无污染的突出优点,因此备受汽车界的推崇。在中国,政府今年也不断的推出各种政策来促进纯电动汽车的发展。回顾一下国际上电动汽车的发展史,连这次至少有四次,世界汽车工业界要启动纯电动汽车,但是前三次都失败了。前三次失败主要是因为电池。前三次基本上都是以铅酸电池为基础,由于他的比能量和比价格都比较差,所以没有得到推广。现在随着电池技术的不断发展,使得纯电动汽车的推广得以实现。现在纯电动汽车主要采用的是锂电池,锂电池的比能量是铅酸电池的八到十倍,且质量轻。今年比亚迪、丰田、奇瑞等汽车公司都将推出各自的纯电动汽车。并且电动汽车将可能慢慢成为汽车发展的一种趋势和必然[1,2,3]。 1各种电动汽车驱动电机的性能[4-11] 纯电动汽车关键的难点重点在于电池技术和驱动电机。电池技术已经在一定程度上得到了突破。下面主要讨论一下驱动电机的相关状况。 1.1电动汽车驱动电机控制的关键问题 电动汽车是以车载电源为动力,并采用电动机驱动的一种交通工具。电机及其驱动系统是电动汽车的核心部件之一,由于电动汽车在运行过程中频繁起动和加减速操作,对驱动系统的有着很高的要求。下面主要阐述控制过程中的一些关键问题: (1)用在电动汽车的电动机应具有瞬时功率大、过载能力强(过载3~4倍)、加速性能好,使用寿命长的特点。 (2)电动汽车用电动机调速范围应该宽广,包括恒转矩区和恒功率区。要求在低速运行时可以输出大恒定转矩,来适应快速起动、加速、负荷爬坡等要求;高速时能够输出恒定功率,能有较大的调速范围,以适应平坦的路面、超车等高速行驶要求。

新能源电动汽车电驱动系统

新能源电动汽车电驱动 系统 标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]

现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成:驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心,其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。 电驱动系统的由以下几个部分组成: 1.电动汽车驱动电机 选用小型轻量的高效电机,对目前电池容量较小、续驶里程较短的电动汽车现状显得尤为重要。早期电动汽车驱动电机大部分采用他励直流电机(DCM)。直流电机驱动系统改变输入电压或电流就可以实现对其转矩的独立控制,进行平滑调速,具有良好的动态特性,并且有成本低、技术成熟等优点。但是,直流电机的绝对效率低,体积、质量大,碳刷和换向器维护量大,散热困难等缺陷,使其在现代电动汽车中应用越来越少。随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的发展以及新材料的出现和现代控制理论的应用,机电一体化的交流驱动系统显示了它的优越性,如效率高、能量密度大、驱动力大、有效的再生制动、工作可靠和几乎无需维护等,使得交流驱动系统开始越来越多地应用于电动汽车中。目前在电动汽车中,主要采用永磁同步电机(PMSM)驱动系统、开关磁阻电机(SRM)驱动系统和异步感应电机(肼)驱动系统。 永磁同步电机(PMSM)是一种高性能的电机,具有体积小、重量轻、结构简单、效率高、控制灵活的优点,在电动汽车上得到了广泛的应用,是当前电动汽车用电动机的研发热点,是异步感应电机的最有力的竞争对手。目前,由日本研制的电动汽车主要采用这种电机,如Honda公司的EV Plus、Nissan公司的Altra和Toyota公司的RAV4及Prius车型等。但是,永磁电机的磁钢价格较高,磁性能受温度振动等因素的影响,有高温退磁等问题。 开关磁阻电机(SRM)是由磁阻电机和开关电路控制器组成的机电一体化新型调速电机。开关磁阻电机工作时,依次使定子线圈中的电流导通或截止,电流变化形成的磁场吸引转子的凸出磁极从而产生转矩。开关磁阻电机结构简单,成本较低,可靠性高,起动性能和调速性能好,控制装置也比较简单。然而在实际应用中,开关磁阻电动机存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点,所以目前应用开关磁阻电机的驱动系统仍然很少,主要以Chloride公司的“Lucas”电动汽车为代表。 异步感应电机(M)具有结构简单、坚固、成本低、可靠性高、转矩脉动小、噪声小、转速极限高、无需位置传感器及免维护等特点,因而在电动汽车驱动电机领域里,是应用很广泛的一种无换向器电机。近年来,由IM驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。 异步电机的矢量控制调速技术也比较成熟,其电驱动系统具有良好的性能,因此被较早地应用于电动汽车,目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品。迄今为止,美国“Impact’’系列、“ETX.2”型,日本“Cedric"、“OTwn"、“FEV"型,德国 “T4”、“190’’型等电动汽车均采用异步感应电机。异步电机的最大缺点是驱动电路复杂,效率比永磁电机和开关磁阻电机低,特别是在轻载运行时效率更低。因此,如何进一步提高异步电机的运行效率,己经成为人们关注的重要课题。 2.变速器

纯电动汽车的驱动电机系统详解

纯电动汽车的驱动电机系统详解 驱动电机系统是电动汽车三大核心系统之一,是车辆行驶的主要驱动系统,其特性决定了车辆的主要性能指标,直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。一、驱动电机系统介绍驱动电机系统由驱动电机、驱动电机控制器(MCU)构成,通过高低压线束、冷却管路与整车其他系统连接,如图1所示。整车控制器(VCU)根据加速踏板、制动踏板、挡位等信号通过CAN网络向电机控制器MCU发送指令,实时调节驱动电机的扭矩输出,以实现整车的怠速、加速、能量回收等功能。电机控制器能对自身温度、电机的运行温度、转子位置进行实时监测,并把相关信息传递给整车控制器VCU,进而调节水泵和冷却风扇工作,使电机保持在理想温度下工作。驱动电机技术指标参数,如表1所示,驱动电机控制器技术参数如表2所示。1、驱动电机永磁同步电机是一种典型的驱动电机(图2),具有效率高、体积小、可靠性高等优点,是动力系统的执行机构,是电能转化为机械能载体。它依靠内置旋转变压器、温度传感器(图3)来提供电机的工作状态信息,并将电机运行状态信息实时发送给MCU。旋转变压器检测电机转子位置,经过电机控制器内旋变解码器解码后,电机控制器可获知电机当前转子位置,从而控制相应的IGBT功率管导通,按顺序给定子三个线圈通电,驱

动电机旋转。温度传感器的作用是检测电机绕组温度,并提信息供给MCU,再由MCU通过CAN线传给VCU,进而控制水泵工作、水路循环、冷却电子扇工作,调节电机工作温度。驱动电机上有一个低压接口和三根高压线(V、U、W)接口,如图4所示。其中低压接口各端子定义如表3所示,电机控制器也正是通过低压端口获取的电机温度信息和电机 转子当前位置信息。2、驱动电机控制器驱动电机控制器MCU结构如图5所示,它内部采用三相两电平电压源型逆变器,是驱动电机系统的控制核心,称为智能功率模块,它以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)为核心,辅以驱动集成电路、主控集成电路。MCU对所有的输入信号进行处理,并将驱动电机控制系统运行状态信息通过CAN2.0网络发送给整车控制器VCU。驱动电机控制器内含故障诊断电路,当电机出现异常时,达到一定条件后,它将会激活一个错误代码并发送给VCU整车控制器,同时也会储存该故障码和相关数据。驱动电机控制器主要依靠电流传感器(图6)、电压传感器、温度传感器来进行电机运行状态的监测,根据相应参数进行电压、电流的调整控制以及其它控制功能的完成。电流传感器用于检测电机工作实际电流,包括母线电流、三相交流电流。电压传感器用于检测供给电机控制器工作的实际电压,包括动力电池电压、12V蓄电池电压。温度传感器用于检测电机控制系统的工作温度,包括IGBT模块的温度。驱动电

基于单片机的电动车控制系统设计

毕业设计 题目:基于单片机的电动车控制系统设计 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名:日期:

指导教师签名:日期: 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名:日期:

学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:日期:年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名:日期:年月日 导师签名:日期:年月日

电动汽车驱动控制系统设计.

电动汽车驱动控制系统设计 摘要 驱动系统是电动汽车的心脏,也是电动汽车研制的关键技术之一,它直接决定电动汽车的性能,本文根据异步电动机矢量控制理论,结合电动汽车的实际要求,研究设计基于无速度传感器矢量控制的电动汽车驱动系统。矢量控制通过坐标变换将定子电流矢量分解为转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制,从而实现异步电动机磁通和转矩的解耦控制,已达到直流电动机的控制效果。最后,在Matlab环境中建立了仿真系统,验证了无速度传感器矢量控制系统原理应用于电动汽车驱动系统的可行性。 关键词:电动汽车;驱动系统;异步电动机;无速度传感器矢量控制

ABSTRACT Driving system is the heart of EV and one of the key parts of the vehicle that determines the performance of the EV directly. According to the control technique、the method of induction motor drive system and based on the factual requirement of EV, the speed sensorless vector control was designed in this article. By transforming coordinate, the stator current is decomposing two DC parts which orientated as the rotator magnetic field and controlled respectively, So magnetic flux and torque are decoupled. It controls the asynchronous motor as a synchronous way. Finally, intimation system is established in the environment of Matlab to validate these control arithmetic. The system proved its enormous practical value of application. Key words: EV; Drive system; Induction motor; speed sensorless vector control

(完整版)基于STM32F的电动汽车交流充电桩控制系统设计

基于STM32F的电动汽车交流充电桩控制系统设计0 引言 随着全球能源危机的不断加深,石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧,各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的方向,发展电动汽车将是解决这两个难题的最佳途径。我国高度重视电动汽车的发展,国家相继出台了一系列标准来扶持和规范电动汽车的发展。但要实现电动汽车大面积普及我国还有很长的路要走,需要解决的问题还有很多。在最近发布的《节能与新能源汽车产业规划》草案中指出将以纯电动汽车作为主要战略取向。有关专家指出纯电动汽车的发展存在三大瓶颈问题:一是标准的缺失,二是配套政策的不完善,三是基础设施的规划和建设的有序推进。本文所研究的电动汽车交流充电桩作为充电基础设施的一部分对于推进电动汽车的普及具有重要的意义。 1 电动汽车交流充电桩介绍 交流充电桩,又称交流供电装置,是指固定在地面或墙壁,安装于公共建筑(办公楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内,采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供人机交互操作界面及交流充电接口,并具备相应测控保护功能的专用装置。交流充电桩采用大屏幕LCD彩色触摸屏作为人机交互界面,可选择定电量、定时间、定金额、自动(充满为止)四种模式充电,具备运行状态监测、故障状态监测、充电分时计量、历史数据记录和存储等功能。充电桩的交流工作电压(220±15%)V,额度输出电流(AC)为32 A(七芯插座),普通纯电动轿车用交流充电桩充满电大约需要6~8 h,充电桩更适用于慢速充电。交流充电桩一般由桩体、电气模块、计量模块、账务管理模块四部分组成。根据安装方式的不同,桩体可分为落地式和壁挂式两种。落地式充电桩适合在各种停车场和路边停车位进行地面安装;壁挂式充电桩适合在空间拥挤、周边有墙壁等固定建筑物上进行壁挂安装,如地

电动汽车用驱动电机发展现状与趋势分析

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/3010955882.html, 电动汽车用驱动电机发展现状与趋势分析 作者:张勇 来源:《时代汽车》2016年第12期 摘要:目前,我国电动汽车行业正在不断发展,相关的生产技术也逐步完善。本文中,笔者即将对电动汽车用驱动电机进行介绍,并就驱动电机目前的发展状况以及在将来一段时间的发展趋势作出相关分析。 关键词:电动汽车;驱动电机;现状;趋势 1电动汽车用驱动电机概述 目前,电动汽车的不同特性对于驱动电机提出了不同类型的要求。其中,对速度要求较高的电动汽车,要求其电机的瞬时功率及功率密度值较高;而要求电池使用周期较长,充电后可以行使更远距离的电动汽车,要求电机的效率应相对较高;此外,电动汽车还要求驱动电机具有比较理想的高低速综合效率,用材坚固,耐用性强,且具有理想的防水性能,性价比高等特性。依据上述要求,目前国内设计生产的比较常见的驱动电机主要包括下述4种类型。 1.1直流有刷电机 直流有刷电机是一种采用直流供电的驱动电机,是最早研发并使用的电动汽车用驱动电机类型,且目前在很多类型的电动汽车中仍旧在广泛使用。直流有刷电机最大的优势在于控制特性较好,简单易于操作,且目前国内的生产技术较为成熟,质量比较稳定。 然而,直流有刷电机之所以后来逐步为其他类型的驱动电机所取代,正是由于其也存在着一些比较突显的缺陷。首先,由于直流有刷电机具有电刷及机械换向器两个结构,导致其电机过载能力及速度得不到有效的提高,且使用过程中对零部件的维护成本较高。此外,直流有刷电机的损耗主要发生在转子部分,这便导致产生的热量散失难度较大,对转矩质量比参数需要进一步优化。第三,直流有刷电机在运行过程中,电刷容易因摩擦产生火花,从而形成电磁干扰对电动汽车的正常运行造成不利影响。第四,由于采用的是机械换向器,因此会对电机的容量、转速等性能造成限制,越来越无法满足用户对于驱动电机的需求。 1.2感应电机 目前电动汽车中最为常用的就是交流三相感应电机。此类电机的定子和转子是通过对硅钢片进行叠压后制成的,没有其他零部件接触。具有结构简单,性能稳定,耐用性能优良等特点。此外,该电机的功率范围较广;可以通过空气进行冷却,也可以通过液体冷却;同时,对于周边环境具有很好的适应性能。相比于其他类型的驱动电机,感应电机的质量小,价位低,性价比高,并且保养及维修成本也相对较低。

电动车控制系统设计

物理与电子工程学院 《自动控制原理》课程设计报告书 设计题目电动车控制系统设计 专业:自动化 班级: 2012级自动化二班 学生姓名: 金世传 学号: 2012341232 指导教师:樊炳航 2015年6月22日

物理与电子工程学院课程设计任务书 专业:自动化班级: 2012自动化本科2班

摘要 本设计依据经典自动控制原理,首先在理论上从时域和频域两个方面分析了火星漫游车转向控制系统的稳定性,并借助仿真软件MATLAB(矩阵实验室)绘制了其频域特性图像。最后使用校正原理中串联超前校正法和三频段概念对该系统在频域上进行了串联超前校正,使其达到一定的稳定要求。在分析的过程及校正的过程中大量使用了仿真软件MATLAB(矩阵实验室),其绘制出来的曲线精准、清晰,保证了结果的可靠性和准确性。 关键词:电动车控制;自动控制原理;MATLAB

目录 0 引言 ......................................................................................... - 1 - 1 概述 ......................................................................................... - 1 - 2 数学模型.................................................................................. - 2 - 3系统稳定性分析.......................................... 错误!未定义书签。 3.1时域分析法............................................ 错误!未定义书签。 3.2根轨迹分析法........................................ 错误!未定义书签。 3.3频域分析法............................................ 错误!未定义书签。 4 心得体会.................................................................................. - 8 - 参考文献 ..................................................................................... - 8 -附录 ............................................................................................. - 1 -

电动汽车用电机可行性报告

1.我国电动汽车发展概况 1.1 产业背景 1.2 产业政策 1.3 发展状况 1.3.1 技术状况 1.3.2 产业化状况 1.3.3 产品状况 1.3.4 国内主要生产企业及其产品明细表 1.4 发展方向 1.4.1 未来趋势 1.4.2 专家评述 2.我国发展电动汽车的相关政策 2.1 国家发展电动汽车的相关政策(按出台时间、名称、主要内容列表) 2.2 各省市发展电动汽车的相关政策(对北京、山东、湖南、湖北、河南、安徽、天津等分述之) 2.3 电动汽车技术支持的相关单位与组织 3.电动汽车驱动系统与驱动电机 3.1 电动汽车对其驱动系统的主要技术要求 3.2 电动汽车驱动系统的分类及其说明 3.3 电动汽车驱动电机的分类及其技术指标汇总 3.4 国内电动汽车研发单位及其研发情况 3.5 电动汽车驱动电机发展方向 4.技术方案 4.1 永磁一磁阻同步电机先进性与可行性 4.2 永磁一磁阻同步电机的优越性 4.3 永磁一磁阻同步电机现有工作基础 5.技术路线 6.合作组织 7.投资估算 8.其他

国外电动汽车及其驱动系统(本网页可阅览) 1.电动汽车的技术特征 1.1 电动汽车的基本概念和基本分类 电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它使用存储在电池中的电来发动。电动汽车主要有纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车3种类型. 纯电动汽车 纯电动汽车是完全由二次电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池等)提供动力的汽车。 混合动力电动汽车 一般是指采用内燃机和电动机两种动力,将内燃机与储能器件(如高性能电池或超级电容器) 通过先进控制系统相结合, 提供车辆行驶所需要的动力, 混合动力电动汽车并未从根本上摆脱交通运输对石油资源的依赖。因此,混合动力电动汽车是电动汽车发展过程中的一种过渡车型。 燃料电池车 燃料电池车是利用氢气和氧气(或空气)在催化剂的作用下直接经电化学反应产生电能的装臵, 具有完全无污染(排放物为水)的优点, 1.2电动车的基本特点 概括来讲, 电动汽车与内燃机汽车相比有以下优点 (1)效率高:对能源的利用,电动汽车的总效率至少在19%以上(采用燃料电池时效率远高于这一数值),而内燃机汽车效率低于12%,由此可见, 电动汽车更加节能。 (2)环境污染小: 电动汽车排出的废气非常少甚至不排出废气, 产生的废热也明显少于内燃机汽车. (3)可使用多种能源: 可直接利用电厂输出的电能,也可以通过太阳能、化学能、机械能转化而获得电能。 (4)噪音低: 即使靠近正在高速运转的电动机也不会感觉到让人不舒服的噪音, 而内燃机的噪音则非常大。 (5)结构简单,使用维修方便,操作控制易实现自动化。 三种类型电动汽车的比较如附表所示

电动汽车控制系统毕业设计

摘要 在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战的情况下,发展电动汽车,利用无污染的绿色能源,实现汽车能源动力系统的电气化,推动传统汽车产业的战略转型,在国际上已经形成了广泛共识。 本课题以电动汽车他励电机控制器为例,以实现电动汽车的加、减速,起、制动等基本功能以及一些特殊情况下的处理。以开发出高可靠性、高性能指标、低成本并且具有自主知识产权的电动汽车电机驱动控制系统为目的。主要包括硬件电路板的设计,以及驱动系统的软件部分的仿真调试。 在驱动系统硬件设计中,这里主控制芯片采用ATMEL公司的ATmega64芯片。功率模块采用多MOSFET并联的方式,有效的节约了成本。电源模块采用基于UC3842的开关电源电路。选用IR公司的IR2110作为驱动芯片,高端输出驱动电流可到1.9A,低端输出驱动电流可到2.3A,能够提供7个MOSFET并联时驱动电流。对于电流检测模块,本文没有采用电流传感器或者是康铜丝,而是采用了一种基于MOSFET管压降的电流检测电路,这种方式即节约了成本也保证了检测精度。 驱动系统的软件设计中,主要实现的功能为:开关量的检测处理,故障检测,串口通讯,励磁、电枢控制,报警功能等。针对他励电机电动汽车的控制特性,提出了节能控制算法和最大转矩控制算法,用于提高电动汽车的续航里程和加速性能。 他励直流电动机驱动系统能够很好的运行在电动汽车上,性能可靠、结构简 单,并且节约了成本,使电动汽车的性价比大大提高,有利于电动汽车的普及。 关键词:电动汽车,ATmega64,他励直流电机,PID模糊控制

目录 摘要 (1) 第一章绪论 1.1纯电动汽车在国内的发展状况 (3) 1.2 国外电动汽车发展现状 (3) 1.3 本课题的任务和主要工作 (4) 第二章他励电动机的控制理论基础 2.1他励直流电动机的调速与制动 (5) 2.1.1直流电动机电枢电动势和电磁转矩 (5) 2.1.2 他励直流电动机的机械特性 (6) 第三章系统的硬件设计 3.1系统硬件的整体设计方案 (10) 3.2主控制器MCU的介绍 (10) 3.2.1 MCU的选择 (10) 3.2.2 ATmega64的特性与内部结构 (11) 3.3开关电源模块 (12) 3.4电流检测模块 (13) 3.5驱动电路的设计 (16) 3.6电压检测电路 (17) 3.7温度检测电路 (18) 3.8加减速踏板信号检测电路 (19) 3.9 开关量输入信号 (20) 3.10蜂鸣器报警电路 (20) 3.11通讯模块电路设计 (21) 3.12硬件抗干扰的设计 (22) 3.13本章小结 (23) 第四章系统的软件设计 4.1 电动汽车的控制策略研

电动汽车驱动控制系统设计

电动汽车驱动控制系统设计

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电动汽车驱动控制系统设计 摘要 驱动系统是电动汽车的心脏,也是电动汽车研制的关键技术之一,它直接决定电动汽车的性能,本文根据异步电动机矢量控制理论,结合电动汽车的实际要求,研究设计基于无速度传感器矢量控制的电动汽车驱动系统。矢量控制通过坐标变换将定子电流矢量分解为转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制,从而实现异步电动机磁通和转矩的解耦控制,已达到直流电动机的控制效果。最后,在Matlab环境中建立了仿真系统,验证了无速度传感器矢量控制系统原理应用于电动汽车驱动系统的可行性。 关键词:电动汽车;驱动系统;异步电动机;无速度传感器矢量控制

ABSTRACT Driving system is the heart of EV and one of the key parts of the vehicle that determines the performance of the EV directly. According to the control technique、the method of induction motor drive system and based on the factual requirement of EV, the speed sensorless vector control was designed in this article. By transforming coordinate, the stator current is decomposing two DC parts which orientated as the rotator magnetic field and controlled respectively, So magnetic flux and torque are decoupled. It controls the asynchronous motor as a synchronous way. Finally, intimation system is established in the environment of Matlab to validate these control arithmetic. The system proved its enormous practical value of application. Key words: EV; Drive system; Induction motor; speed sensorless vector control

电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势

电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势

电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势 中国汽车技术研究中心窦汝振李磊宋建锋 摘要:介绍了我国电动汽车用驱动电机系统的研发现状,以及车用系统与普通工业用系统间的差异,指出了发展趋势。 1 引言 我国汽车工业的发展面临着来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展要求的多重挑战。随着近几年汽车保有量的快速增加,汽车能源消耗增长呈现加速趋势,进一步加剧了我国石油供需矛盾。在当前石油资源日益紧张,价格不断攀升的国际形势下,发展电动汽车特别是混合动力汽车是缓解我国石油资源短缺现状的有效途径,也是增强我国汽车工业核心竞争力的重大战略举措。 经过“八五”、“九五”规划的实施,特别是“十五”国家863电动汽车重大专项,我国已实现了官、产、学、研的资源整合,具有了电动汽车用驱动电机系统自主研发能力。在国家“三纵三横”总体布局中(如附图所示),驱动电机及其控制系统被列为“三横”中的共性技术之一。 附图国家“十五”电动汽车重大专项布局示意 2 电动汽车用驱动电机系统的特点及分类 电动汽车对驱动电机系统的要求至少包括: (1)基速以下输出大转矩,以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况; (2)基速以上为恒功率运行,以适应最高车速、超车等要求; (3)全转速运行范围内的效率最优化,以提高车辆的续驶里程; (4)结构坚固、体积小、重量轻、良好的环境适应性和高可靠性; (5)低成本及大批量生产能力。 电动汽车最早采用了直流电机系统,特点是成本低、控制简单,但重量大,需要定期维护。随电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的发展,包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统体现出比直流电机系统更加优越的性能,目前已逐步取代了直流电机控制系统。特别是借助于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步,用于驱动的永磁同步电动机得到了飞速发展。 电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁、开关磁阻三大类型,其特点如表1所示。

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